煤油的点燃与动力学

介绍

煤油是典型的碳氢燃料，具有比较稳定的热力学特性和较高的体积能量密度，是超燃冲压式发动机的首选预期燃料四。在超燃冲压式发动机中，煤油和压缩空气需要在燃烧室内充分混合、雾化、蒸发、点火及燃烧。由于它在燃烧室内驻留时间较短，它在不同压力、温度条件下的点火延时就成为超燃冲压式发动机燃烧室设计和燃烧组织中必须考虑的问题。

煤油

组成

煤油是一种含有多种碳氢化合物的混合物，其详尽组分非常复杂，目前还没有统一的分子式，科学研究中一般都采用模型替代物来表示。但是，不同研究人员提出的替代物分子式不尽相同。大庆产RP3航空煤油采用中国科学院力学研究所范学军等人提出的由摩尔比为49%的正癸烷，44%的1,3,5-三甲基环己烷以及7%的正丙基苯组成的模型替代物，其平均分子式为C9.49H19.54,平均分子量为133.4。

燃烧动力学研究

煤油组成的复杂性使得目前对于其燃烧的详细动力学机理研究还处于起步阶段，国内外关于它的燃烧动力学模型的研究也比较少，而且所提出的模型中一般都包括几百种组元，上千步基元反应，这样复杂的动力学模型应用于燃烧室设计中与流体力学公式相耦合进行CFD建模计算，其计算量之大是难以想象的。因此需要对燃料燃烧动力学机理进行简化。对反应动力学模型的简化原则之一就是把能否真实反映点火特性作为判别标准，因而对不同物理条件下煤油点火延时的测量对建立煤油燃烧动力学模型以及对模型的进一步简化显得尤为重要。

点火燃烧机理

对煤油点火起主要作用的基元反应大都是链传播或分支反应，其中 R1（H+O2 = O+OH）的影响最为明显；对点火起抑制作用的主要基元反应大都是消耗自由基的链终止反应，其中，起最大抑制作用的反应为HO2 +OH=H 2 O+O2。三体反应 H+O2 +M=HO2 +M 在高压时对点火起轻微抑制作用，而在低压时对煤油点火起促进作用；高温（1600 K）时 H+O2 = OH+ O 对点火具有明显促进作用，中温（1200 K）时 nC10 H22 +HO2 =sC10H21 +H2O2 对点火具有明显的促进作用，低温（800 K）时大分子中间物 C10H21O2 的异构酸化及进一步氧化对点火的促进作用更加明显，氧化反应 CH2O+OH=HCO+H2O 和分解反应 tC10H21 =pC6H13+pC4 H8 在 1200 K 和 1600 K 时促进点火，而在低温（800K）时却表现出对点火的抑制作用；随着当量比的增加，三体反应 H+O2 +M=HO2 +M对点火从抑制作用转变为促进作用，在贫油（φ=0.5）及化学恰当比（φ=1）条件下，该反应抑制点火，而在富油（φ=1.5）条件下，该反应对煤油点火表现出强大的促进作用[1]。

参考文献

[1]梁金虎.煤油点火及铝粉点火和燃烧特性的激波管研究[D].重庆大学,2014.